[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fahrzeugdetektion im Straßenverkehr
mittels einer von den zu detektierenden Fahrzeugen beeinflußbar angeordneten Induktionsschleife,
bei dem der Induktivitätswert der Induktionsschleife fortlaufend zu diskreten Zeitpunkten,
die durch ihren zeitlichen Abstand voneinander Zeitspannen festlegen, gemessen, mit
dem jeweils zuvor gemessenen Wert verglichen und ein hierbei festgestellter Differenzwert
ausgewertet wird.
[0002] Ein solches Verfahren ist z.B. aus der US-PS 41 31 848 bekannt. Die von einem zu
detektierenden_Fahrzeug zu überfahrende Schleife ist dabei Bestandteil eines Oszillators,
dessen Frequenz von der Schleifen Induktivität beeinflußt wird. Fährt ein Fahrzeug
in den Schleifenbereich ein, so sinkt dadurch die Induktivität der Schleife. Dies
hat zur Folge, daß die Frequenz des Schleifenoszillators ansteigt. Ein weiterer Oszillator
schwingt mit einer festen Frequenz. Zu bestimmten Zeitpunkten wird eine festgelegte
Zahl von Schwingungen des Schleifenoszillators abgezählt. Für die Zeitspanne des Abzählens
werden die Schwingungen des festen Oszillators einem Akkumulator zugeführt. Der Stand
des Akkumulators am Ende eines solchen Zählintervalls wird dann mit dem Inhalt eines
Speichers verglichen, der den bei einer vorhergehenden Zählung erreichten Akkumulatcrstand
enthält. überschreitet bei einem solchen Vergleich die festgestellte Differenz einen
bestimmten Schwellwert, so wird ein Signal abgegeben, das das Einfahren eines Fahrzeuges
in den Schleifenbereich anzeigt.
[0003] Mit einem solchen Verfahren ist es zwar möglich, die Fahrzeuge, die sich über eine
Schleife bewegen, zu zählen. Neuerdings ist es jedoch erwünscht, neben der bloßen
Registrierung von Fahrzeugen auch noch Anhaltspunkte über deren Geschwindigkeit zu
gewinnen und/oder diese Fahrzeuge zu klassieren, d.h. bestimmten Fahrzeuggruppen zuzuordnen,
insbesondere festzustellen, ob das jeweilige Fahrzeug ein PKW oder ein LKW bzw. ein
Bus ist.
[0004] Zwar ist aus der offengelegten europäischen Patentanmeldung 00 35 960 bereits ein
Verfahren zur Unterscheidung von Fahrzeugen unterschiedlicher Bauart im Straßenverkehr
bekannt, das zur Klassierung der Fahrzeuge die zeitliche Lage des beim Passieren einer
Induktionsschleife durch ein Fahrzeug erreichten ersten Maximums der Schleifenverstimmung
innerhalb der Gesamtdauer des überschreitens von vorgegebenen Ansprechwerten durch
die jeweils aktuellen Schleifenverstimmungswerte verwendet und bei dem zur Geschwindigkeitsermittlung
eine feste Längenbezugsgröße mit der Zeit vom überschreiten des vorgegebenen Ansprechwertes
bis zum ersten Maximum der Schlei.fenverstimmung ins Verhältnis gesetzt wird. Bei
diesem bekannten Verfahren ist es aber erforderlich, bestimmten Verstimmungswerten
zugeordnete Zeitpunkte zu ermitteln. Die Zuordnung des ersten Maximums der Schleifenverstimmung
zu einem bestimmten Zeitpunkt ist aber infolge des meist relativ flachen Verstimmungsverlaufs
mit der wünschenswerten Genauigkeit nicht ohne weiteres möglich.
[0005] Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten
Art so weiterzubilden, daß die Ermittlung der Geschwindigkeit und die Klassierung
von Fahrzeugen mit genügender Genauigkeit und bei Verwendung nur einer Schleife ohne
die Zuordnung von bestimmten Verstimmungswerten zu bestimmten Zeitpunkten vorgenommen
werden kann.
[0006] Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß von den während
eines von einem Fahrzeug verursachten Verstimmungsverlaufs ermittelten Differenzwerten,
der während der Anstiegsflanke der Verstimmungskurve auf- tretende größte und außerdem
der Wert der/Anstiegsflanke beendenden maximalen Schleifenverstimmung festgestellt
wird, und daß diese beiden Werte unter Berücksichtigung der verwendeten Zeitspanne
zur Gescnwindigkeitsermittlung des detektierten Fahrzeugs ausgewertet werden.
[0007] Während also bei dem, was der US-PS 41 31 848 entnommen werden kann, die Überprüfung
der Frequenz des Schleifenoszilla tors in regelmäßig aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
nur dazu dient, um bei einer Schleifenverstimmung, die einen bestimmten Schwellwert
überschreitet, das Einfahren eines Fahrzeugs in den Schleifenbereich anzuzeigen, ist
es eine im Rahmen vorliegender Erfindung liegende Erkenntnis, daß mit Hilfe einer
derartigen Abtastung der Schleifeenverstim- mun
g zu diskreten, in regelmäßigen Abständen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und durch
einen Vergleich der hierbei ermittelten Werte die maximal auf tretende Verstimmungsänderung
herausgefunden werden Kann. Die maximale Änderung der Schleifenverstimmung ist aber
proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeuges, das die Schleifenverstimmung verursacht.
Berücksichtigt man hierbei noch die beim Überfahren der Schleife durch ein Fahrzeug
auftretende maximale Schleifenverstimmung L
max so gilt:
wobei L
O die Induktivität der Schleife im Ruhezustand ist, L
max die beim Überfahren der Schleife durch ein Fahrzeug auftretende niedrigste Induktivität
ist (ein in den Schleifenbereich einfahrendes Fahrzeug senkt die Induktivität der
Schleife und erhöht die Frequenz des Schleifenoszillators), L
1, L
2 die Werte der Schleifeninduktivität zu den Zeitpunkten t
1 und t
2 sind und t
1 und t
2 diejenigen Abtastzeitpunkte sind, zwischen denen die größte Änderung der Schleifenverstimmung
festgestellt wird. Unter Zuhilfenahme eines Proportionalitätsfaktors K, der z.B. mit
Hilfe eines Experiments ermittelt werden kann, und für Fahrzeuge verschiedener Bauart
(PKW, LKW) unterschiedliche Werte hat, läßt sich dann die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges,
das über die Schleife hinwegfährt, mit genügender Genauigkeit berechnen. Dies kann
z.B. mit Hilfe eines Mikrocomputers erfolgen, der ggfs. unter Verwendung einer geeigneten
Inteface-Schaltung mit dem Schleifenoszillator verbunden ist (der Referenzoszillatcr
kann dabei Bestandteil des Mikrocomputers sein) und die Frequenzabweichung des Schleifenoszillators
zu bestimmten, regelmäßig wiederkehrenden Zeitpunkten.ermittelt. Dabei werden aber
im Gegensatz zu dem, was aus der EU-OS 00 35 960 bekannt ist, keine Zeitpunkte ermittelt,
zu denen bestimmte Verstimmungswerte, z.B. der was maximale Verstimmungswert, auftreten,/nicht
einfach ist, da die Verstimmungskurve im allgemeinen keine ausgeprägten Spitzen aufweist.
[0008] Dagegen ist es,z.B. mit Hilfe moderner Mikrocomputer, relativ einfach möglich, die
maximale Änderungsgeschwindigkeit der Verstimmung der Schleife festzustellen. Hierzu
wird zu regelmäßigen Zeitpunkten, deren zeitlicher Abstand klein gegenüber der Gesamtdauer
einer Verstimmungskurve ist, die jeweils beim überfahren einer Schleife durch ein
Fahrzeug verursacht wird, der jeweils ermittelte Verstimmungswert mit dem vorhergehenden
Verstimmungswert verglichen, der nierbei ermittelte Differenzwert mit einem zuvor
auf dieselbe Weise ermittelten und in einem Speicher abgelegten Differenzwert verglichen,
und derjenige Wert neu eingespeichert, der von beiden größer ist. Zugleich kann zu
jedem Zeitpunkt t
n, also zu jedem Zeitpunkt einer Abfrage der Schleifenverstimmung, der jeweils ermittelte
Verstimmungswert auf die gleiche Weise (vgl. hierzu US-PS 41 31 848) mit dem Schleifenruhewert
L verglichen werden. Ein hierbei ermittelter und in einem weiteren Speicher festgehaltener
Maximalwert entspricht der maximalen Schleifenverstimmun
g Lmax'
[0009] Zur zweckmäßigen Ermittlung des bauartbedingten Proportionalitätsfaktors K ist in
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß der beim überfahren
einer Schleife durch ein Fahrzeug auftretende Induktivitätsverlauf hinsichtlich der
Zahl der auftretenden Maxima und/oder Minima abgetastet, und die ermittelte Zahl der
Maxima und/oder Minima zur Klassierung des Fahrzeuges ausgewertet wird.
[0010] Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, das zur Ermittlung der maximalen Änderungsgeschwindigkeit
der Verstimmung vorgesehene Vorgehen auch zur Feststellung der "Welligkeit" der Verstimmungskurve
auszunutzen, also das Abtasten der Verstimmungskurve zu bestimmten Zeitpunkten und
der Vergleich der dabei ermittelten Werte.
[0011] Die Verstimmungskurven bestimmter Fahrzeuggruppen (PKW, LKW, Busse) sind nämlich
jeweils für diese Fahrzeuggruppen charakteristisch- und ergeben daher z.B. über die
Anzahl der vorhandenen Maxima die Möglichkeit, die Fahrzeuge zu klassieren und entsprechend
dieser Klassierung die im Microcomputer gespeicherten Proportionalitätsfaktoren, die
den einzelnen Fahrzeugarten zugeordnet sind, zur Geschwindigkeitserrechung abzurufen.
Die Anzahl der Maxima-Höcker sind z.B. bei einer Schleife mit ca. je zwei Meter Länge
und Breite bei einem PKW gleich 1, bei einem LKW gleich 2, bei einem LKW mit Anhänger
≥3 und bei einem Bus ebenfalls ≥3.
[0012] Zur Verbesserung der Maxima bzw. Minima-Gewinnung ist in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, daß lediglich solche Maxima oder Minima gezählt werden, deren
Absolutwert sich von einem vorhergehenden Minimum- oder Maximum-Wert wenigstens um
einen bestimmten Wert (Schwellwert) unterscheidet, wobei dieser Schwellwert von der
jeweiligen maximalen Verstimmung abhängig gemacht werden kann, also z.B. mit der Größe
der Verstimmung ansteigt. Auf diese Weise werden nur solche Maxima bzw. Minima festgehalten
und gezählt, die sich um einen bestimmten Mindestverstimmungswert von einem vorhergehenden
Minimum, dies gilt für die Maxima bzw. von einem vorhergehenden Maximum, dies gilt
für die Minima, unterscheiden.
[0013] Zur weiteren Verbesserung der Fahrzeugklassierung ist es vorteilhaft, daß zusätzlich
der Betrag der maximalen Verstimmung zur Fahrzeugklassierung herangezogen wird, so
daß z.B. auch LKW mit Anhänger von Bussen unterschieden werden können, weil z.B. die
maximal auftretende SchleifenVerstimmung bei einem Bus größer ist.
[0014] Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend anhand von sechs Figuren noch näher
erläutert.
[0015] Dabei zeigt Fig. 1 die beim überfahren einer Schleife durch einen PKW auftretende
Kurve der Schleifenverstimmung,
[0016] Fig. 2 zeigt eine Verstimmungskurve, die von einem LKW verursacht werden ist, und
die
[0017] Fig. 3 bis 6 zeigen in Gegenüberstellung die von verschiedenen Fahrzeugarten (PKW,
LKW, LKW mit Anhänger, Bus) verursachten Verstimmungskurven.
[0018] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind moderne Mikrocomputer besonders
geeignet, da diese schon einen Oszillator enthalten, der einen in der Größenordnung
von einigen MHz liegenden Signaltakt abgibt. Es ist daher ohne weiteres möglich, diesen
Oszillator als Referenzoszillator zu verwenden, so daß z.B. während einer bestimmten
Anzahl von Schwingungen des Schleifenoszillators die Taktimpulse des Taktgenerators
gezählt werden. Der Zeitunterschied zwischen zwei Zeitpunkten t (Fig. 1), insbesondere
auch der Zeitunterschied zwischen den Zeitpunkten t
1 und t
2 (dieser liegt beispielsweise bei 6ms), ergibt sich dann jeweils durch die Dauer einer
solchen Zählung zuzüglich der Auswertezeit. Die auf diese Weise zu den Zeitpunkten
t
n festgestellte Anzahl von Taktimpulsen ist dann proportional zur jeweiligen Frequenz
des Schleifenoszillators und ein Maß für die jeweils zu diesem Zeitpunkt vorhandene
induktivität der Schleife. Ist die Schleife unbeeinflußt, dann weist die Schleife
den Induktivitätswert L
O auf. Diesem Induktivitätswert ist eine bestimmte Ruhefrequenz des Schleifenoszillators
zugeordnet.
[0019] Der zwischen zwei Frequenzfeststellungen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t
n ermittelte Frequenzunterschied wird in einem Speicher des Mikrocomputers festgehalten,
mit der nächsten ermittelten Frequenzdifferenz verglichen und der größere der beiden
Werte für weitere Vergleiche im Speicher fixiert. Dadurch wird der im ansteigenden
Ast der Verstimmungskurve auftretende maximale Verstimmungsänderungswert ermittelt,
da ja demgegenüber niedrigere Werte nicht im Speicher festgehalten werden.
[0020] Durch einen jeweils zu den Zeitpunkten t
n stattfindenden weiteren Vergleich der Schleifenruhefrequenz mit der zu einem Zeitpunkt
t
n vorhandenen Frequenz, Speicherung des dabei ermittelten Differenzwertes und eines
Vergleichs des gespeicherten Differenzwertes mit einem zum nächstfolgenden Zeitpunkt
t
n ermittelten Differenzwert mit nachfolgender Speicherung des jeweils größeren der
beiden Werte kann außerdem unkompliziert der einer maximalen Schleifenverstimmung
entsprechende Wert in einem weiteren Speicher festgehalten und außerdem das Ende der
Anstiegsflanke der Verstimmungskurve ermittelt werden.
[0021] Wenn bei einem solchen Vergleich der Differenzwert wieder kleiner als ein vorgegebener
Schwellwert wird, so zeigt dies, daß das Fahrzeug die Schleife wieder verlassen hat.
[0022] Auf diese Weise wird durch den Mikrocomputer die im ansteigenden Ast der Verstimmungskurve
auftretende maximale Verstimmungsänderung zwischen zwei Zeitpunkten t festgenalten,
Beginn und Ende einer Schleifenverstimmung durch ein Fahrzeug ermittelt und außerdem
der Betrag der maximalen Schleifenverstimmung festgestellt.
[0023] Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß die Geschwindigkeit des
Fahrzeuges proportional zu der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t
n festgestellten maximalen differentiellen Schleifenverstimmung
[%] (in Fig. 1 sind die beiden Zeitpunkte t
n, zwischen denen die maximale Verstimmung auftritt, als t
1 und t
2 bezeichnet) und umgekehrt proportional zur maximaativen Schleifenverstimmung
[%] ist.
[0024] Für die Ermittlung der Geschwindigkeit ist es aber noch erforderlich, einen der entsprechenden
Fahrzeuggruppe mit gleichartigen oder zumindest weitgehend gleichartigen Konstruktionsmerkmalen
zugeordneten Proportionalitätsfaktor zu verwenden.
[0025] Diese Proportionalitätsfaktoren sind einerseits von der Art der Schleife, andererseits
von dem jeweiligen Fahrzeugtyp abhängig und können z.B. durch ein Experiment, also
durch ein probeweises Überfahren einer eingebauten Schleife, ermittelt werden.
[0026] Diese Proportionalitätsfaktoren sind dann in entsprechenden Speichern des Mikrocomputers
festgehalten.
[0027] Um sie für die Geschwindigkeitsrechnung abrufen zu können, benötigt der Mikrocomputer
in jedem aktuellen Fall eine Aussage über den gerade auftretenden Fahrzeugtypus.
[0028] Hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor (vg.l. hierzu insbesondere Fig. 2),
vorzugsweise die Anzahl der innerhalb einer Verstimmungskurve auftretenden Maxima
zu ermitteln.
[0029] Eine solche Maximaermittlung kann durch den Mikrocomputer z.B. dadurch auf einfache
Weise bewerkstelligt werden, daß jeweils derjenige Verstimmungswert in einem Speicher
festgehalten wird, der zu einem Zeitpunkt t
n festgestellt wird, wenn sowohl der zu einem vorhergehenden Zeitpunkt t
n, als auch der zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t festgestellte Verstimmungswert kleiner
als dieser ist.
[0030] Hält man in entsprechender Weise auch die Minimawerte fest unc zählt das erste Maximum,
sowie alle folgenden Maxima, die sich von einem vorhergehenden Minimum-Verstimmuncswert
um einen Mindestdiff-erenzbetrag unterscheiden, so kann die auf diese Weise erhaltene
Zahl der Maxima zur Klassierung und zum Abruf eines entsprechenden eingespeicherten
Proportionalitätsfaktors verwendet werden.
[0031] Fig. 3 zeigt z.B., daß beim Überfahren der Schleife durch einen PKW nur ein Maximum
auftritt. Fig. 4 zeigt, daß beim überfahren der Schleife durch einen LKW zwei Maxima
registriert werden. Fig. 5 zeigt, daß beim überfahren der Schleife durch einen LKW
mit Anhänger drei Maxima auftreten. Fig. 6 zeigt, daß beim Überfahren der Schleife
durch einen Bus ebenfalls wenigstens drei.Maxima auftreten.
[0032] Da man davon ausgehen kann, daß bei einer Mehrzahl von Schleifenüberquerungen, die
relativ dicht hintereinander erfolgen, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge annähernd
übereinstimmt, ist es möglich, den jeweils bei einem Fahrzeug ermittelten Geschwindigkeitswert
mit den anderen ermittelten Geschwindigkeitswerten zu vergleichen und, wenn diese
in einem bestimmten GeschwinGigkeitsfeld liegen, einen mittleren Geschwindigkeitswert
durch den Mikrocomputer ausgeben zu lassen. Dieser mittlere Geschwindigkeitswert kann
dann zusammen mit der Ausgabe der Zahl der Schleifenüberquerungen innerhalb bestimmter
festgelegter Zeiträume zu einer Aussage über den jeweiligen aktuellen Verkehrsablauf
im Zuge der von der Schleife überwachten Fahrbahn ausgewertet werden, z.B. zur entsprechenden
Steuerung von Verkehrssignalanlagen, die den Verkehr auf dieser Fahrbahn beeinflussen.
1. Verfahren zur Fahrzeugdetektion im Straßenverkehr, mittels einer von den zu detektierenden
Fahrzeugen beeinflußbar angeordneten Induktionsschleife, bei dem der-Induktivitätswert
der Induktionsschleife fortlaufend zu diskreten Zeitpunkten, die durch ihren zeitlichen
Abstand voneinander Zeitspannen festlegen, gemessen, mit dem jeweils zuvor gemessenen
Wert verglichen und ein hierbei festgestellter Differenzwert ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet , daß von den während eines von einem Fahrzeug verursachten
Verstimmungsverlaufs ermittelten Differenzwerten, der während der Anstiegsflanke der
Verstimmungskurve auftretende größte und außerdem der Wert der die Anstiegsflanke
beendenden maximalen Schleifenverstimmung festgestellt wird, und daß diese beiden
Werte unter Berücksichtigung der verwendeten Zeitspanne zur Geschwindigkeitsermittlung
des detektierten Fahrzeugs ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß der beim Überfahren einer Schleife durch ein Fahrzeug
auftretende Induktivitätsverlauf hinsichtlich der Zahl der auftretenden Maxima und/oder
Minima abgetastet, und die ermittelte Zahl der Maxima und/oder Minima zur Klassierung
des Fahrzeugs ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß lediglich solche Maxima oder Minima gezählt werden, deren
Absolutwert sich von einem vorhergehenden Minimum oder Maximum-Wert wenigstens um
einen bestimmten Wert (Schwellwert) unterscheidet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich
der Betrag der maximalen Verstimmung zur Fahrzeugklassierung herangezogen wird.